Mémoire - Université Ferhat Abbas

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RÉPUBLIQUE ALGÉRIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE
Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
UNIVERSITE FERHAT ABBAS-SETIF
Mémoire
Présentée à Faculté des Sciences
Département de Physique
Pour l’obtention du diplôme de
Magister
Option:
Physique du Solide
Par
Mr.
BOUROUBA Farid
Thème
MODELISATION ET SIMULATION DES CONTACTS METAL-SEMICONDUCTEUR A BARRIERE INHOMOGENE
Soutenue le: 05/10/ 2010
Devant le Jury:
Président: M. CHEGAAR Prof Université de Sétif
Rapporteur: Z. OUENNOUGHI Prof Université de Sétif
Examinateur
Membre Invité
A. FERHAT-HAMIDA
M. A. Rabhi
M.C
C. C
Université de Sétif
Université de Sétif

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Sommaire :
Remerciements…………………………………………………….…..…4
Introduction générale …………………………………………………………..………..……..5
Chapitre I : le contact Métal semi-conducteur
I.1. Introduction …………………………………………………………………………………...…7
I.2. Interface entre deux matériaux ……………………………………………….……….…………7
I.2.1. Travail de sortie………………………………………………………………..…….7
I.2.2. Affinité électronique …………………………………………………………..……..8
I.2.3. Barrière de potentiel ………………………………………………………………….8
I.3. Le contact Métal Semi-conducteur ……...………………………………………………….……9
Le contact redresseur ………………………………………………………..….……….…..9
I.4. Zone de charge d’espace.…………………………………………………..…………...…..…..10
I.5. Caractéristiques courant-tension …………………………………………………………..…11
I.5.1. Courant d’émission thermoionique ………………………………………..………..12
I.5.2. Courant de diffusion ………………………………………………………..............13
I.5.3. Combinaison des deux courants …….………………………………………………14
I.5.4. Courant tunnel ………………………………………………………..…..……..….14
I.6. Capacité…………………………………………..………………….…..…………...………...15
I.7. Le semi-conducteur SiC……….…………………………………………..….............………...16
I.7.1. Propriétés du SiC………………………………………..………..………..……..…16
I.7.2. Les polytypes du SiC …………………………………………………..….........…..17
I.8. Modèle de transport dans les diodes Schottky ……………………………….……..………….18
I.8.1. Le modèle homogène ……………………………………….………………………18
I.8.2. Le modèle inhomogène………………………………..…………………..………...20
I.8.2.1. modèle de Werner……...……………………………..…….…....…........................20
I.8.2.2. modèle de Tung……………………………………….……..….…………………..21
Chapitre II : Simulation
II.1. Simulation des composants électroniques… ………………………….………….…………24
II.1.1. Etapes nécessaires pour la simulation…………………………………….…………24
II.1.2. La simulation des composants semi-conducteurs……………………..……………25
II.2. Le simulateur TCAD………………………………………………………..….…………...25
II.2.1. La spécification de la structure ………………………………….……………….....30
II.2.1.1. La spécification de maillage…………………………………..……………..30
II.2.1.2. La spécification des régions…………………………………..……………..30
II.2.1.3. La spécification des électrodes………………………………..……………..31
II.2.1.4. La spécification du dopage……………………………………….………….31
II.2.2. La spécification des modèles et matérielles…………………………………..…......32
II.2.2.1. La spécification du matérielle………………………………………...……..32
II.2.2.2. La spécification du modèle……………………………………………..…...32
II.2.2.3. La spécification du contact…………………………………………….…....33

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II.2.2.4. La spécification de l’interface…………………………………………..…..33
II.2.3. Les méthodes numériques…………………………………………………….……..33
II.2.3.1. La méthode de Gummel……………………………………………….…….34
II.2.3.2. La méthode de Newton……………………………………………….……..35
II.2.4. Les solutions ………………………………………………………………………..36
II.3. Caractéristiques électriques d’un MOSFET…………………..……………………………37
Chapitre III : Tests et validation
Résultats de simulation…………………………………………………….…………………42
III.1. Etapes de fabrication ………………………………………………………….……………45
III.2. Diode Schottky à barrière homogène……………………………………………….............47
III.3. Les caractéristiques courant-tension (I-V) dans le cas d’une barrière homogène..……….48
III.3.1. L’effet de la température……………………………………………………….……48
III.3.2. L’effet de l’implantation…………………………………………………………….51
III.4. La diode Schottky à barrière inhomogène……………………………….……..…...............53
III.5. Comparaison avec les résultats expérimentaux…………………………….……..……….55
Conclusion générale….…………………………………………………..…..….............................57
Bibliographie ………………………………………………………………….…..……….............58
Annexes ………………………………………………………………………………….…………59
Résumé …………………………………………………………………………….........................62

REMERCIEMENTS
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Remerciements
Tout d’abord, je tiens à remercier Pr. Z. OUENNOUGHI, mon directeur de thèse
pour tous les efforts qu’il a faits, pour l’aide qu’il m’a accordé tout au long de mon
travail et pour avoir dirigé ce travail avec à la fois, beaucoup de rigueur et de
sympathie. Qu’il trouve ici l’expression de ma profonde gratitude.
Je remercie également Dr. A. Ferhat-Hamida pour sa grande contribution et son aide
précieux à la fois pour la proposition du sujet et la réalisation des programmes ; Ça
m’a fait vraiment un grand honneur de travailler avec lui.
Je tiens à remercier également Pr. CHEGAAR, président du jury, pour lequel j’ai
beaucoup d’estimes et de respects, qu’il trouve ici mes vifs remerciements.
Je remercie également Mr. A. Rabhi pour avoir accepté de prendre part à mon jury.
Je tiens également à remercier tous mes enseignants, mes collègues d’études en post
graduation pour leurs soutiens et leur motivation.
Que mon père et ma mère, mes frères et mes sœurs trouvent ici mes chaleureux
remerciements pour leurs diverses aides.
Je remercie aussi le directeur et les enseignants du lycée Mohamed BELABBAS
d’El-Hamma ainsi que mes élèves.
Enfin, que toutes les personnes ayant contribué, de près ou de loin, à la réalisation de
ce travail, soient chaleureusement remerciées.
Farid BOUROUBA

INTRODUCTION GENERALE
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Introduction générale
Les dispositifs à semi-conducteurs sont au premier plan de la technologie moderne.
Chaque jour, des composants à semi-conducteurs de plus en plus performants sont mis au
point et contribuent aux résultats spectaculaires obtenus dans divers domaines de l’activité
scientifique et technologique.
Les structures métal/semi-conducteur (diodes Schottky) sont des composants très
utilisées en micro-électronique, pour la fabrication des circuits intégrés d’une part et comme
composant de base dans la commutation d’autre part.
Parmi les semi-conducteurs à large bande interdite, le carbure de silicium (SiC) est un
semi-conducteur qui commence à devenir un sérieux concurrent pour le silicium (Si). Le SiC
est actuellement disponible à la fois sous forme de monocristaux massifs et sous forme de
couches épitaxiées de bonnes qualités. En outre il peut facilement être dopé n ou p, et sa
température de fonctionnement atteint au moins 600°C à 700°C.
En raison de sa composition chimique, un bon nombre de ses propriétés physiques
exceptionnelles sont intermédiaire entre celles du diamant et du silicium, sa large bande
interdite, sa constante diélectrique, sa conductivité thermique, son champ de claquage, ou sa
dureté, laissent prévoir des possibilités pour le SiC plus étendues que le Si pour
l’électronique de puissance.
La modélisation et la simulation des dispositifs et composants électroniques occupent
une place très importante dans la recherche scientifique. Le théoricien établira des modèles
destinés à expliquer le comportement des structures puis simule leurs fonctionnements.
Les logiciels de simulation simulent le comportement électrique de la structure
microélectronique mettant en jeu la géométrie, et les paramètres microscopiques (simulation
2D et 3D) et les mécanismes de conduction.
Parmi ces logiciels de simulation, le simulateur TCAD développé par le groupe
SILVACO est un logiciel de simulation des composants qui est capable de prédire les
caractéristiques électriques de la plupart des composants semi-conducteurs en régime continu,
transitoire ou fréquentiel. En plus il fournit des informations sur la distribution interne de
variables telles que les concentrations des porteurs, le champ électrique ou le potentiel, etc.